蘇科版初中物理焦耳定律演示實驗的改進設(shè)計

　　摘要：蘇科版初中物理焦耳定律的演示實驗采用的是通電電阻絲加熱等量的煤油，通過觀察煤油中溫度計示數(shù)的變化情況來間接得知電阻絲通電后產(chǎn)生熱量的多少。但由于煤油量大，顯示速度慢，加熱時間長，且不能連續(xù)實驗，所以不利于課堂教學組織。有鑒于此，我們通過理論分析、實踐探索，對此實驗裝置進行了改進。進后的實驗采用氣體的熱膨脹來代替液體的熱膨脹，用液柱的高低代替溫度計溫度的高低，用注射器實現(xiàn)有效控制，縮短了實驗時間的效應(yīng)，取得了明顯的實驗效果。在教學中，極大的促進了相關(guān)教學，在此，愿將此成果與廣大一線同仁共享，以期在教學中得到進一步改進與推廣。
　　關(guān)鍵詞：焦耳定律；改進；實驗效果
　　中圖分類號：G633.7　文獻標識碼：A　文章編號：1003—6148(2010)11(S)—0030—2
　　
　　1　課本提供的焦耳定律演示實驗
　　
　　1.1　課本提供的實驗裝置如圖1所示。
　　1.2　主要的實驗原理
　　在兩個相同的燒瓶中裝相同質(zhì)量的煤油，并用膠塞密閉，膠塞中安放溫度計，瓶中各放一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大。通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量越多，液體吸熱后溫度升高也越大，溫度計的示數(shù)上升得就越高。觀察溫度計示數(shù)上升的情況，就可以比較出電流產(chǎn)生的熱量的多少。
　　1.3　實驗的不足之處
　　該實驗裝置中煤油量大，可見度小，顯示速度慢，加熱時間長；另外，燒瓶中的煤油加熱容易，降溫難，需要的時間很長，影響了連續(xù)重復演示效果，學生注意力容易分散，不利于組織課堂教學。
　　
　　2　改進后的實驗
　　
　　2.1　改進后的實驗器材及組裝
　　兩只相同的錐形瓶，相同的膠塞兩只，長度不同的電爐絲兩根(電阻R>R)，等長的細鐵絲四根，相同的玻璃管兩根，配制的紅墨水和藍墨水各一瓶，相同的注射器(含針頭)兩只，學生電源，滑動變阻器一只，開關(guān)一只，導線若干。單個裝置的組裝如圖2所示。
　　2.2　實驗的原理
　　(1)氣體的熱膨脹比液體的熱膨脹效果更明顯。
　　實驗前，要求在兩個相同錐形瓶中分別加人的紅色水和藍色水的量要相同，整個實驗過程中加入的水均為200mL，這樣就可以使得錐形瓶中封住的氣體體積相同。
　　(2)實驗中增加了注射器，能夠進一步保證實驗效果。
　　因為在沒有加入注射器之前，完成這個實驗時我們發(fā)現(xiàn)，器材組裝好了以后，玻璃管中會有液柱產(chǎn)生，且液柱在玻璃管中的高度是不相同的，如果就這么進行實驗，實驗結(jié)論肯定是不可信的。這里借助注射器，通過向外拔活塞，使得玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口處，并且仔細觀察可以發(fā)現(xiàn)，注射器向外拔出的長度幾乎是相同的，也起到了控制變量的作用。這里需要說明一下，向外拔活塞時，當看到從玻璃管底部管口處冒出一個氣泡時，這說明玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口處。
　　另外，在進行完上一個實驗斷電后，要使液柱降下去，勢必需要一定的時間，但如果馬上拔下注射器，液柱就立即降下去，從而大大節(jié)省了時間，同時也很好的起到了降溫作用。
　　2.3　改進后的實驗裝置(如圖3、4所示)
　　2.4　改進裝置后的具體實驗過程
　　(1)利用注射器使玻璃管中的液柱全都降到玻璃管底部管口處，接通電路一段時間，比較兩瓶中玻璃管中的液柱哪個上升得高(如圖3所示)，實驗結(jié)果是：電阻大的玻璃管中的液柱上升的比較高。
　　(2)拔下其中電阻較大的容器上的注射器活塞，使玻璃管中的液柱迅速下降，再利用注射器使玻璃管中的液柱降到玻璃管底部管口處，接通電路一段時間，看玻璃管中液柱的上升情況，調(diào)節(jié)滑動變阻器，加大電流，重做上述實驗，通電時間與前次相同。在兩次實驗中，比較兩瓶中的液柱哪次上升得高(如圖4所示)。實驗結(jié)果是：電流大的。玻璃管中的液柱上升得比較高。
　　(3)保持滑動變阻器的滑片P的位置不變，通過秒表觀察隨著時間的推移玻璃管中液柱高度的上升情況。
　　實驗結(jié)論如下：
　　(1)在電流與通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，玻璃管中液柱上升得越高；
　　，
　　(2)在電阻與通電時間相同的情況下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，玻璃管中液柱上升得越高；
　　(3)在電流與電阻一定的情況下，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多，玻璃管中液柱上升得越高。
　　2.5　改進裝置后的實驗最突出的優(yōu)點
　　(1)在相同條件下，利用氣體的熱膨脹比液體的熱膨脹實驗效果更加明顯，大大縮短了實驗時間，有效的提高了課堂效率。
　　(2)該實驗儀器具有連續(xù)重復演示的功能。利用注射器可以讓玻璃管中的液柱迅速下降，并能很好地進行變量的控制，同時溫度的降低也比較迅速，從而能大大縮短實驗的時間。
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　　(3)避免了用電流表測電流的麻煩，從而使學生的注意力集中在觀察玻璃管中的液柱高度的變化情況上來。
　　總之，改進后的實驗裝置具有操作更加方便、易于控制、現(xiàn)象明顯、實驗時間短等優(yōu)點，在教學實踐中受到教師們的好評。
　　(欄目編輯　李富